Identificación de genes asociados a la capacidad de embriogénesis somática en Pinus pinea L
- Autores: Silvia Pérez Solana
- Directores de la Tesis: María Carmen Díaz-Sala Galeano (dir. tes.)
- Lectura: En la Universidad de Alcalá ( España ) en 2022
- Idioma: español
- Tribunal Calificador de la Tesis: María Teresa Cervera Goy (presid.), Carmen Bartolomé Esteban (secret.), Elena Carneros García (voc.)
- Programa de doctorado: Programa de Doctorado en Biología Funcional y Biotecnología por la Universidad de Alcalá
- Materias:
- Enlaces
- Resumen
- español
La embriogénesis somática es un proceso de regeneración adventicia mediante la cual las células vegetales somáticas ya diferenciadas entran en un nuevo ciclo celular y adquieren una capacidad plena para formar embriones que pueden originar una planta adulta completa. Aunque este proceso puede ocurrir de manera natural, la inducción de la embriogénesis somática en condiciones controladas es limitante en determinadas especies vegetales, especialmente en especies arbóreas forestales. En general, el género Pinus se considera todavía como recalcitrante a la inducción de la embriogénesis somática.
El pino piñonero (Pinus pinea L.) es una conífera natural que se extiende por toda la franja mediterránea y es conocido por la producción de piñones, uno de los productos forestales más importantes desde el punto de vista productivo. El pino piñonero se propaga vegetativamente mediante injertos, fundamentalmente. Sin embargo, la variabilidad en la producción, debida a la interacción púa-patrón portainjerto y sus limitaciones estacionales, es una desventaja destacable. La embriogénesis somática permite la producción de un elevado número de plantas y la posibilidad de conservar a largo plazo las líneas embriogénicas para el desarrollo de una silvicultura de variedades forestales testadas. Sin embargo, los factores que afectan a la expresión de la capacidad embriogénica, fundamentalmente el genotipo, limitan el uso generalizado de esta tecnología. En la actualidad, la disponibilidad de técnicas de análisis a gran escala abierto la posibilidad de definir grupos de genes, proteínas y metabolitos que se expresan de forma simultánea asociados a numerosos procesos de desarrollo de árboles y, por tanto, de ser transferidos a los programas de mejora para un diagnóstico y una caracterización más precisos de los materiales utilizados en los programas que permitirán una gestión individualizada después del diagnóstico.
En este trabajo se han identificado y caracterizado genes relacionados con la capacidad de embriogénesis somática asociada al genotipo en Pinus pinea L. El análisis global de expresión génica en líneas de genotipos con alta y baja capacidad embriogénica indica que numerosas vías de regulación, bien induciéndose o reprimiéndose de forma coordinada con genes diana potenciales, se modulan significativamente durante la inducción o represión de la embriogénesis somática. La regulación epigenética dependiente de la remodelación de cromatina y de la regulación mediada por miRNAs, así como la expresión de genes con función reconocida en la embriogénesis somática son relevantes y podrían indicar que las masas de las líneas con baja capacidad embriogénica pueden responder a las condiciones de cultivo y expresar o inducir cierta competencia para la embriogénesis, existiendo otros factores que inhiben su completa expresión. Aunque estas masas expresan capacidad para el inicio de la división celular, el avance del ciclo celular y el establecimiento de la identidad meristemática no progresan. Las vías de señalización de auxinas, jasmonatos y brasinosteroides junto con la señalización mediada por la pared celular, la membrana y el citoesqueleto representarían activadores o represores de la transcripción de genes diana asociados a la capacidad embriogénica, como los que codifican para factores de transcripción con función documentada en el proceso. La expresión de genes que codifican para proteínas involucradas en la diferenciación de tejidos adultos, en la organización del citoesqueleto y determinados factores de transcripción en las masas de las líneas con baja capacidad embriogénica y en órganos vegetativos podría indicar la expresión de un potencial bloqueo de la reprogramación o de la competencia embriogénica, probablemente asociado a la dinámica del citoesqueleto y a la inducción irreversible de procesos de diferenciación en estas masas relacionados con una pérdida de la competencia embriogénica.
- English
Somatic embryogenesis is a process of adventitious regeneration by which already differentiated somatic plant cells enter a new cell cycle and acquire full capacity to form embryos that can give rise to a complete adult plant. Although this process can occur naturally, the induction of somatic embryogenesis under controlled conditions is limiting in certain plant species, especially in forest tree species. In general, the genus Pinus is still considered to be recalcitrant to the induction of somatic embryogenesis. The stone pine (Pinus pinea L.) is a natural conifer that is widespread throughout the Mediterranean strip and is known for production of pine nuts, one of the most important forest products.
The stone pine is propagated vegetatively, mainly by grafting. However, variability in production, due to scion-rootstock interaction and its seasonal limitations, is a major disadvantage. Somatic embryogenesis allows the production of large number of plants, as well as the possibility of long-term conservation of embryogenic lines for the development of a silviculture of tested forest varieties. However, factors affecting the expression of embryogenic capacity, mainly genotype, limit the extensive use of this technology. Nowadays, the availability of large-scale analysis techniques has opened the possibility of defining groups of genes, proteins and metabolites that are expressed simultaneously associated with numerous tree development processes and, therefore, to be transferred to breeding programs for a more accurate diagnosis and characterization of the reproductive materials used that will allow individualized management after diagnosis.
In this work we have identified and characterized genes related to the genotype-associated somatic embryogenesis capacity in Pinus pinea L. The global analysis of gene expression in lines of genotypes with high and low embryogenic capacity indicates that numerous regulatory pathways, either induced or repressed in a coordinated manner with putative target genes, are significantly modulated during the induction or repression of somatic embryogenesis. Chromatin remodeling-dependent epigenetic regulation and miRNAmediated regulation, as well as expression of genes with recognized function in somatic embryogenesis are relevant and may indicate that masses of lines with low embryogenic capacity may respond to culture conditions and express or induce some competence for embryogenesis, with other factors inhibiting their full expression. Although these masses express competence for initiation of cell division, cell cycle progression and the establishment of meristematic identity do not progress. Auxin, jasmonate and brassinosteroid signaling pathways along with cell wall, membrane and cytoskeleton mediated signaling would represent activators or repressors of transcription of target genes associated with embryogenic capacity, such as those encoding for transcription factors with documented function in the process. The expression of genes encoding for proteins involved in the differentiation of adult tissues, in the organization of the cytoskeleton and certain transcription factors in the masses of lines with low embryogenic capacity and in vegetative organs could indicate the expression of a potential inhibition of cell reprogramming or of the embryogenic competence, probably associated with the dynamics of the cytoskeleton and the irreversible induction of differentiation processes in these masses related to a loss of embryogenic competence.
- español
